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论高中学生学习化学困难原因

时间:2022-03-21 10:10:08  浏览次数:

摘要:化学作为一门自然科学,中学生应对化学学科有有兴趣,但学生在学习生活中实际表现出不适应化学学科的学习,无法理解一些化学实验中常识性问题。化学学科的逻辑性也异于数学与物理,化学的美不是在计算上,不是在公理上,而是在结构中,相似的结构,相似的性质,不同的性质。本文从中学化学学科特点,及学生困惑之处做了解释。

关键词:化学学习 困难 兴趣 理解力

一、什么是化学

“化学”一词,若单是从字面解释就是“变化的科学”。化学如同物理一样皆为自然科学的基础科学。化学是一门以实验为基础的自然科学。很多人称化学为“中心科学”(Central science),但这是一个不太准确的概念。它是研究物质的组成、结构、性质、变化及其合成规律的科学。这是化学变化的核心基础。

二、初中化学与高中化学区别

高中一年级,是处于初、高中承上启下的一个重要阶段,学生从初中刚上高一适应不了高中的教学方法,会现学习化学的困境。要想使学生走出“化学难学”的困境,就必须搞好高一与初中化学课程教学中的几个衔接问题。

初中化学相对高中化学来说,概念比较简单直观,由于初学,讲授的内容不多,知识网络也较清晰,化学方程式的记忆不复杂,只考虑单一的性质,来推测反应结果。知识的延伸性不强,涉及方程式的计算主要也是运用化学方程式中的比例系数,相对来说较简单。而高中化学概念理解起来不容易,比如必修一中对于单位摩尔的学习。化学知识迁移性较强,结构决定性质,由一种结构迁移到一类性质,比如有机化学的学习中含羟基的官能团的一类物质有相似的性质,特殊知识要求根据实验事实特殊记忆,因此化学实验在高中有很重要的地位,实验事实是说明真理的直接证据。因此高中化学有一定难度,涉及的知识多了,不同的分支又有不同的分类、结构体系。

三、部分学生眼中的化学

笔者在高中实习三个月,对不同的学生进行了调查及询问,他们认为化学给人一种不严谨的感觉相对于数学和物理,严谨的数值分析少了很多,很少有深刻的定律。如在化学反应速率和化学反应平衡方面的数值计算模型实在过于理想化,难得的正面例子是酸碱滴定。数学的严谨不必说,物理给人的感觉如同是一砖一瓦所搭建的稳固大厦。

相对于生物,理论系统自洽程度不足。如物化部分所给出的化学键、分子构型、电子理论等用不同的体系,有不同的表示方法。

经常有一些模棱两可的概念,比如氧化物、酸、碱、氧化反应之类的定义。

在这里呢,我对以上问题进行了归类解释。

首先,很重要的一点我认为是化学的知识体系过于庞大而彼此的相关性又不是很高。因此,很难抽离出来一部分成体系的理论来提供给中学阶段的基础教学。只能是选择一些零碎的知识点进行讲解,因此看上去很不科学。

然后,化学研究本身的特点以及目前的发展程度来说决定了它几乎完全依赖于实验,理论工具对于未知的预测来说能力有限。同时化学的理论工具多数是建立在量子力学模型上的,对于中学教学并不适合。

还有就是中学化学教学开设的年级比较高,因此能够在中学教学中引入的内容非常有限,在有限的课程安排中,中学化学教学更像是科普了。

不管是化学还是物理,所有的理论模型几乎都不可能完整地描述全部的真实情况。因此,这些理论模型都是在必要的前提或假设之下成立的,中学教学的特点决定了只能使用最简化的模型,也就是上面所说的所说的理想化的反应速率和化学平衡模型。其实,这样的简化模型在一定的实验精度要求和实验条件下也是能够满足实验事实。

至于酸碱滴定,其实这是一个非常特殊的例子,中学教学涉及到的酸碱滴定反应是一系列反应速率非常大、反应平衡常数也非常大的化学反应,这种情况下,给了 “精确”或“定量”的感觉。但事实上,这样的反应在所有已知的化学反应中是极少数的。即使是这样的反应,它们也并非一定是按照严格的化学计量比发生的,而只是恰好处于在指示剂的变色范围,这时候,可能有正误差也可能有负误差,但是通过多次实验消除了随机误差的情况下,能够得到符合实验精读要求的结果。

涉及到物质的结构方面的知识,这就牵涉到了之前提到过的量子力学模型,而这些模型是不适合中学教学的。中学教学所使用的简化模型是在有些量子力学诞生之前提出的,有些是经过编辑删除了不易理解的限制条件的。即便是量子力学模型,用来描述复杂的微观物质的结构,仍然是力不从心的,在更多的情况下也只能是近似处理。记得有一篇GRE阅读,说数学家不能理解物理学家眼中近似的美,也许相似的,中学教学给人的对于精度的追求让人忽略了近似的美。

说到概念,所有的这些概念都是在有约束的条件下成立的。比如酸碱的概念,就涉及到了Arrhenius理论、Bronsted-Lowry理论和Lewis理论,这三种理论分别是从不同的角度来观察什么是酸什么是碱的,其应用范围也不同。

Arrhenius理论认为在水溶液中电离出水合氢离子的是酸、电离出氢氧根离子的是碱。这套理论对于研究水溶液体系下的酸碱反应很适用,但牵涉到水溶液以外的体系就无能为力了。

Bronsted-Lowry理论认为所有质子给体都是酸,质子受体都是碱,给质子能力越强的物质是越强的酸。

比如说SbF5分子在HF体系中就是强Bronsted-Lowry酸。

Lewis理论又把酸碱的概念进一步扩展了,认为电子对受体是酸,给体是碱,这样,上面的SbF5就是一个Lewis酸。但是这样的理论又出现了一定的缺陷,它无法用来比较酸的相对强弱顺序。

三套理论各有各的应用范围和缺陷,因此,三套理论,及其所涉及的概念就只能共存了。

氧化还原反应的概念是很明确的,可能在最初涉及到的时候会是与氧气反应或者得氧的反应,这种情况只是为了方便从字面上理解氧化反应。氧化还原反应指有电子得失的反应,得电子的是氧化剂、失电子的是还原剂。这一概念本身没有任何疑议,只是学生比较容易望文生义,没从初中的概念走入高中的理论。

四、学习化学的关键点在哪

乍看上去,高中化学内容并不多,也就薄薄三本书(文科只有两本)。但倘若凭此就以为高中化学好学的话,那就大错特错了。无论是个度、深度,还是难度、高度,高中化学样样俱全,其题目也层出不穷。

由于高中化学理论色彩很强,因此它更注重培养和发展学生的理解应用能力,更注重各个知识点之间的内在联系和移接类推。这里需要强调联系和类推能力(对有机化学尤其重要)。没有这两种能力,或许你可以学好各个章节,但一旦综合考查,仍然是捉襟见肘。只有把各章节、各知识要点加以系统化、条理化,内联外接,纵横交叉,构成知识公路网,才能在层出不穷的化学考试中进退自如,游刃有余。

下面来重点谈谈理论部分。

首先要提到氧化还原反应。这是高常见物中化学中值得大书特书的理论部分,因为它贯穿整个高中化学。掌握这一理论,不仅要熟记各种质的氧化性、还原性及其相对强弱,而且要与电子得失、化合价升降、方程式配平、电极反应式紧密联系起来。该理论可用六个字高度概括:得低还,失高氧。“得低还”,意思是一种元素得到电子则其化合价降低(反之亦然),同时该元素被还原,生成还原产物。“失高氧”含义类同。至于各元素及由其构成的物质的氧化性(或还原性)强弱,又与该元素在元素周期表中的位置息息相关。

元素周期律的发现进而元素周期表的创立,是化学发展史的一大里程碑。重点掌握金属性和非金属性的变化规律,再如,化学反应速率受反应物浓度、外界压强、温度、催化剂影响,化学平衡则受反应物浓度、压强、温度影响,与催化剂无关。关于平衡移动原理,笔者想强调该原理中的“减弱”二字。减弱并不等于消除,这一点类似于物理中的楞次定律。该原理不仅适用于化学平衡,而且适用于电离平衡、溶解平衡等其他平衡状态。谈到电离平衡,不妨插一句。学习《电解质》这一章,一定要牢记:抓住重要物质和主要矛盾,渗透以平均思想,辅以离子积常数和酸碱度pH值,充分运用物质守恒和电荷守恒(笔者注释:所谓平均思想,举个例子来说,两个不反应的气体,分子量分别为10和20,则混合后分子量必定介于10-20之间;两种不反应的溶液,pH值分别为1和6,则混合后pH值必定介于1-6之间等等。平均思想在高中化学应用非常广泛,应重视之)。

四、新课标下对教师要求

在我看来,化学教师分为三个层次,第一个层次是教化学学科知识,第二个层次是教学科方法,第三个层次是教化学学科思想。在经过见习和实习以及自身的教学见闻可以看到当下的基础教育大部分的化学教师只是停留在第一个层次上。这样出来的教学效果就是我们的学生觉得化学越来越难学,化学的学习停留在记忆。通俗的说就是我们的学生对化学没有体会和感觉。没有体会到化学的本质。

举个例子:在教授电解质相关知识的时候我们会发现,学生在学完本课之后依然对电解质概念把握不准确。你比如说:SO2它的水溶液能够导电,为什么不是电解质。BaSO4的水溶液不能够导电怎么又变成电解质了呢?这样的教学效果大部分老师选择是通过练习去矫正概念。其实电解质与其说叫做电解质不如称它为“水解质”。因为电解质是在“水溶液中自动发生解离的物质”才叫做电解质。电解质是一个和氧化还原反应一样的沿用了旧的说法,实际概念意思却与说法不同,属于一个迷思概念。假如说我们在教这节课之前去仔细的看一看化学史,你就会发现电解质的概念的发展经历了从法拉第到阿伦尼乌斯到水合理论这样的三个阶段,你更会惊呼到原来法拉第提出的“通电条件下能够解离的物质”电解质(electrolyte)的这样一个原始概念是错误的,而我们的学生恰恰是会在这个地方有迷惑,一想到电解质马上想到了电!深入去体会这段化学史我们也会发现,原来我们真的可以通过“电解质”这一节课去还原概念发展的真实背景,让学生明白原来电解质的水溶液能够自动解离成自由移动的离子,并通电的作用下发生定向移动,从而才有了电解质溶液导电的现象。教学中以化学史的中心思想为主线,再通过实验、自主思考去建构,去达到树立“离子观”这样一个教学目标。化学史的讲授仅仅讲故事是没有意义的,只有把科学家们的想法去重温、揣摩,化学的教学才会生动,知识的负载一些情感态度价值观的学习才会得到落实。

知其然知其所以然从化学教师开始,教师在教学的时候,很多的时候并没有以一种平等平和的心态去开展我们的课堂教学。著名教育家陶行知先生说过真教育是一种心心相印的活动。(作者单位:西南大学

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